初级分离技术PPT课件

1、初级分离技术 第四章第四章 初级分离技术初级分离技术 初级分离技术 一、初级分离 l1.何为初级分离？ l初级分离是指从菌体发酵液、细胞培养液、 胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生 物原料初步提取目标产物，使目标产物得 到浓缩和初步分离的下游加工过程。 初级分离技术 一、初级分离 l2.在初级分离中常用的相关技术 l 沉淀分级 l 泡沫分离 l 膜分离 l 萃取 l 吸附分离 初级分离技术 2.1 何谓沉淀分级？ l2.1.1定义是物理环境的变化引起溶 质的溶解度降低，生成固体凝聚物的现 象。 l沉淀与结晶的区别 初级分离技术 l2.1.2 特点 l优点：操作简单、经济、浓缩倍数高 l缺点：

2、针对复杂体系而言，分离度不高、 选择性不强 初级分离技术 2.1.3 蛋白质表面特性 l1、蛋白质是两性高分子电解质，主要由疏 水性各不相同的20种氨基酸组成。 l 疏水性氨基酸残基 l形成 l 亲水性氨基酸残基 l蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成 荷电区、亲水区和疏水区。 初级分离技术 l2.蛋白质相对分子质量在50001000000之 间，分子直径约120nm，蛋白质的水溶液 呈胶体性质。 l3.蛋白质分子间的静电排斥作用，形成了双 电层 l双电层厚度（电位） 初级分离技术 l 水化层 l蛋白质胶体溶液 l 双电层 初级分离技术 多价金属离子 聚电解质 非离子型聚合物 特殊沉淀剂 热沉

3、淀 其他沉淀法 有机溶剂沉淀 等电点沉淀 盐析沉淀 沉淀法 2.1.4 常用沉淀方法的分类 初级分离技术 1 盐析沉淀（Salt induced precipitation） l1) 盐溶（Salting in）：在低浓度的中 性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分 子物质在水溶液中的溶解度增大的现象。 At low concentration of the salt, solubility of the proteins usually increases slightly. This is termed Salting in. 初级分离技术 盐析沉淀（Salt induced precipit

4、ation） l2) 盐析（Salting out ）：在高浓度的中 性盐存在下，蛋白质（酶）等生物大分 子物质在水溶液中的溶解度降低，产生 沉淀的过程。 At high concentrations of salt, the solubility of the proteins drops sharply. This is termed Salting out and the proteins precipitate out. 初级分离技术 3) 盐析原理 l首先需要了解生物大分子在水溶液中的 存在状态： 两性电解质，由于静电力的作用，分子间相 互排斥，形成稳定的分散系 蛋白质周围形成水化膜

5、，保护了蛋白质粒子， 避免了相互碰撞 初级分离技术 3) 盐析原理 低盐溶度下，发生盐溶，是因为： l无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗 粒带相同电荷而互相排斥。 l无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改 善了与水膜的结合，增加了蛋白质分子 与水分子的相互作用力，使溶解度增大。 初级分离技术 3) 盐析原理盐析过程 l随着中性盐的加入，蛋白质分散体系出现盐析 现象 原因如下： A.无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对， 部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间 的排斥力减弱，从而能够相互靠拢； B.中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏 水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀。 初级分离技术

6、 4) 影响盐析的因素 l盐的种类和浓度：离子半径小,带电荷多的 离子盐析效果好 l溶质种类的影响 l溶质浓度的影响：样品溶度0.5-2% 蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用 明显，分辨率低； 蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高； 初级分离技术 4) 影响盐析的因素 lpH值：影响蛋白质表面净电荷的数量，通常调整 体系pH值，使其在pI附近； l盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升 高，蛋白质失水，蛋白质的溶解度反而下降。 l操作条件应温和,一般在较低温度下进行。 初级分离技术 5)盐析用盐的选择 在相同离子强度下，盐的种类对蛋白质溶 解度的影响有一定差异，一般的规律为： l半径小的高

7、价离子的盐析作用较强，半径 大的低价离子作用较弱 l阴离子： lP04 SO4 CHCOO Cl NO3 ClO4 I SCN l阳离子：NH4 K Na Mg 3-2- - - - 2+ 初级分离技术 选用盐析用盐的几点考虑 l盐析作用要强盐析作用要强 l盐析用盐需有较大的溶解度盐析用盐需有较大的溶解度 l溶解度受温度影响较小溶解度受温度影响较小 l盐析用盐必须是惰性的盐析用盐必须是惰性的 l盐溶液密度不高，以便蛋白质沉淀和离心分离盐溶液密度不高，以便蛋白质沉淀和离心分离 l来源丰富、经济来源丰富、经济 初级分离技术 6)常用的盐析用盐 l硫酸铵：溶解度大硫酸铵：溶解度大（25，767g/L

8、） l硫酸钠硫酸钠 l磷酸盐磷酸盐 l柠檬酸盐柠檬酸盐 初级分离技术 7)盐析用盐的用量选择 l饱和度的概念： 以硫酸铵为例： 25时，硫酸铵的饱和溶解度是767g/L， 定义为100%饱和度。 如果沉淀某一种蛋白质需要60%饱和度的 硫酸铵，那么需要硫酸铵固体的量是多少？ 初级分离技术 硫酸铵盐析操作 l硫酸铵固体加入法： 通常在搅拌下，以少量多次方式缓慢 加入，待加入的硫酸铵溶解后再加入少 量的硫酸铵。 当蛋白质溶液体积不大，所需调整的 硫酸铵浓度不高时，可采用。 初级分离技术 初级分离技术 硫酸铵盐析操作 l饱和溶液加入法： 较温和的方法，加入饱和的硫酸铵溶液。 饱和的硫酸铵溶液的配制:

9、一定量的水中加 入过量的硫酸铵，加热至50-60保温数分钟， 趁热过滤，在0 或25平衡1-2天，有固 体析出时即达100%饱和度。 不同饱和度所需加入的量可用公式计算： S1：原溶液的硫酸铵饱和度 S2：要达到的硫酸铵饱和度 S3：加入的硫酸铵饱和度，通常 为 初级分离技术 蛋蛋白白质质的的盐盐析析沉沉淀淀纯纯化化应应用用举举例例 硫硫酸酸铵铵饱饱和和度度 目目标标蛋蛋白白来来源源 一一次次沉沉淀淀二二次次沉沉淀淀 收收率率纯纯化化倍倍数数 人人干干扰扰素素细细胞胞培培养养液液30（上上清清）80（沉沉淀淀）991.7 白白细细胞胞介介素素2细细胞胞培培养养液液35（上上清清）85（沉沉淀淀

10、）73.57.0 单单克克隆隆抗抗体体细细胞胞培培养养液液50（沉沉淀淀）1008 l盐析沉淀后，需进行脱盐处理，再进行盐析沉淀后，需进行脱盐处理，再进行 后续操作后续操作 l脱盐：脱盐： 透析：透析袋（半透膜）透析：透析袋（半透膜） 超滤超滤 初级分离技术 2 有机溶剂沉淀 l2.1 概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲 水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析 出。 l原理： （1）降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电 引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。 （2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的 浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低 了亲水性，导致脱水凝聚。 初级分离技

11、术 2.2 常用的有机溶剂沉淀剂 l乙醇：沉淀作用强，挥发性适中，无毒， 常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分 子的沉淀 l丙酮：沉淀作用更强，用量省，但毒性 大，应用范围不广 l要求：致变性作用要小，毒性要小、挥 发性适中，水溶性要好 初级分离技术 2.3 有机溶剂沉淀的特点 l分辨率高 l溶剂容易分离，并可回收使用 l产品洁净，无需脱盐等 l容易使蛋白质等生物大分子失活 l应注意在低温下操作（有机溶剂预冷） l成本高 初级分离技术 2.4 影响有机溶剂沉析的主要因素 l温度：低温有利于防止溶质变性；有利 于提高收率（溶解度下降）； l搅拌速度：散热 l溶液pH值：pI 初级分离技术 2.4

12、影响有机溶剂沉析的主要因素 l样品浓度： 稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀 作用小 浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨 率低 l金属离子的助沉析作用：Zn2+、Ca2+ 可减少有机溶剂的用量 初级分离技术 3 等电点沉淀法 l3.1 原理： 蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点 时，分子表面净电荷为0，双电层和水化膜结构 被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体， 进而产生沉淀。 l3.2 概念： 调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降， 析出的操作称为等电点沉淀。 初级分离技术 初级分离技术 l由于在等电点附近，溶质仍然有一定的溶解 度，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率， 因此等

13、电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉 淀法联合使用 l操作时的注意事项： （1）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通 常会发生“漂移” （2）溶质的稳定性 （3）盐析效应 初级分离技术 4 其它沉淀法 l选择性变性沉淀法 l水溶性非离子型聚合物沉淀剂：如PEG l成盐类复合物沉淀剂 l离子型表面活性剂 l离子型多聚物沉淀剂 l分离核酸用沉淀剂 初级分离技术 4.1 选择性变性沉淀法 l利用蛋白质、酶、核酸等生物大分子对某 种物理或化学因素的敏感性差异，实现分 离。 l加入变性剂 l选择性酸碱变性 l选择性热变性选择性热变性 使用时需慎重！使用时需慎重！ 初级分离技术 l热沉淀热沉淀 l利用在较高温

14、度下，热稳定性差的蛋白 质发生变性沉淀的现象，分离纯化热稳 定性高的目标蛋白的方法。 l需对目标蛋白和共存杂蛋白的热稳定性 有充分了解。 初级分离技术 4.2 水溶性非离子型聚合物沉淀剂 lnon-ionic polymer : dextrans and polyethylene glycols (PEG,聚乙二醇) l可能有降低蛋白质分子表面的水化程度 或空间排阻作用。 This works because the addition of the polymer reduces the amount of water available to interact with the protei

15、n. 初级分离技术 4.3 成盐类复合物沉淀剂 l此类沉淀剂有以下三种： （1）高价金属盐：Cu2+，Ag2+，Zn2+，Ca2+ 与酸性基团结合； （2）苦味酸盐、单宁酸盐、鞣质等，与碱性 基团结合 （3）无机复合盐：磷钨酸盐、磷钼酸盐等 l缺点：容易导致活性蛋白的不可逆变性 初级分离技术 4.4 离子型表面活性剂 l十六烷基三甲基季铵盐的溴化物 （CTAB）主要用于沉淀酸性多糖。 l十二烷基磺酸钠（SDS）主要用于 沉淀膜蛋白和核蛋白。 初级分离技术 4.5 离子型多聚物沉淀剂 l是一类温和的沉淀剂，与目标蛋白成盐。 l核酸（多聚阴离子）：用于碱性蛋白的沉 淀 l鱼精蛋白（多聚阳离子）：用

16、于酸性蛋白 的沉淀 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.1 泡沫分离（foam separation） l根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液 相中形成的气泡为载体对液相中的溶质或 颗粒进行分离，因此又称泡沫吸附分离或 泡沫分级。 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.2 泡沫分离原理 l根据表面吸附原理，基于溶液中溶质（或 颗粒）间表面活性的差异，表面活性强的 物质优先吸附于分散相与连续相的界面处， 通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气-液界面 并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫 层，从而分离、浓缩溶质或净化液相主体 的过程。 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.3 泡沫分离设备和过程 l设备：泡沫柱和

17、消泡器 l分离过程可分为： l间歇泡沫分离，连续泡沫分离 l表面活性物质泡沫分离，非表面活性物质泡沫分离 l浓缩纯化泡沫分离，提取回收泡沫分离 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.4 影响泡沫分离的因素 l料液性质，如pH值，离子强度，其他添 加剂等 l表面活性剂 l操作条件，如进料浓度，气泡尺寸，气 体流量 l泡沫柱高度 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.5 应用 l2.5.1 泡沫分离的优势 l设备简单，易于放大 l操作简便，能耗低 l可连续和间歇操作 l更适合处理体积庞大的稀料液 l分离效率高 初级分离技术 2 泡沫分离 l2.5.2 实际应用 l细胞的收集或去除 l蛋白质、多肽和酶的提取

18、分离 l中药有效成分的分离浓缩 初级分离技术 3 膜分离技术膜分离技术 l3.1 膜分离的概念：利用膜的选择性（孔膜分离的概念：利用膜的选择性（孔 径大小），以膜的两侧存在的能量差作径大小），以膜的两侧存在的能量差作 为推动力，由于溶液中各组分透过膜的为推动力，由于溶液中各组分透过膜的 迁移率不同而实现分离的一种技术。迁移率不同而实现分离的一种技术。 l用半透膜作为选择障碍层，允许某些组 分透过而保留混合物中其它组份，从而 达到分离目的的技术。 初级分离技术 膜的概念与功能膜的概念与功能 l在流体相之间有一层薄的凝聚相物质，把在流体相之间有一层薄的凝聚相物质，把 流体相分隔开来成为两部分，这一

19、薄层物流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物 质称为膜。质称为膜。 l被膜分开的流体相物质是液体或气体被膜分开的流体相物质是液体或气体 l膜的厚度应在膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其以下，否则不能称其 为膜。为膜。 l膜在分离过程中的功能：物质的识别与透膜在分离过程中的功能：物质的识别与透 过，界面，反应场。过，界面，反应场。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 l膜分离过程的实质是物质透过或被截留膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故膜孔径大小而达到物质分离

20、的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。而可以按分离粒子大小进行分类。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 1.微滤微滤（Microfiltration,MF） ： 以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力， 使不溶性物质得以分离的操作。 可用于粒子粒径为0.1 m 10 m的过滤。 可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培养基 液菌体分离与浓缩，产品消毒。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 2.2.超滤超滤（ Ultrafiltration, UF UF） ： 分离介质同上，但孔径更小，可分离或浓缩粒子 粒径为1nm 50 nm的可溶性物

21、质。 适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、浓 缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热原， 在生物工程中应用最广。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 3.反渗透反渗透（Reverse osmosis,RO）: 渗透和渗透压：渗透和渗透压： 渗透：膜（不能透过溶质）两 侧压力相等时，在浓度差作用 下，溶剂从溶质浓度低的一侧 向溶质浓度高的一侧透过的现 象。 渗透压：渗透现象中，促使水 分子透过的推动力。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 l反渗透：反渗透： 定义：在溶质浓度高 的一侧施加超过渗透 压的压力，使溶剂透 过膜的操作。 是一

22、种以压力差为推 动力，从溶液中分离 出溶剂的膜分离操作， 孔径范围在0. 11 nm 之间。 3.反渗透（反渗透（Reverse osmosis,RO）: 初级分离技术 3.反渗透反渗透（Reverse osmosis,RO） ： 其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压的 压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有 溶液中的大分子、小分子有机物及无机物全被 戳留住。 主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产品 如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 初级分离技术 微滤 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 超滤和反渗透超滤和反渗透 l目的：将

23、溶质通过一层具有选择性的薄目的：将溶质通过一层具有选择性的薄 膜，从溶液中分离出来。膜，从溶液中分离出来。 l分离时的推动力都是压强，由于被分离分离时的推动力都是压强，由于被分离 物质的分子量和直径大小差别及膜孔结物质的分子量和直径大小差别及膜孔结 构不同，其采用的压强大小不同。构不同，其采用的压强大小不同。 l反渗透膜的操作压力常达反渗透膜的操作压力常达1 10 MPa。 初级分离技术 初级分离技术 l超滤超滤：需要增加流体的静压力，改变天然过程的方向，需要增加流体的静压力，改变天然过程的方向， 才可能发生含有低分子量化合物的溶剂流通过膜，此时才可能发生含有低分子量化合物的溶剂流通过膜，此时

24、 的推动力是流体静压力与渗透压的压差；的推动力是流体静压力与渗透压的压差； l反渗透反渗透：过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低 分子量的化合物被截留。因此，操作压力比超滤大得多。分子量的化合物被截留。因此，操作压力比超滤大得多。 l因此，超滤和反渗透通常又被称之为因此，超滤和反渗透通常又被称之为“强强 制膜分离过程制膜分离过程” atmp ppp 0 atmp ppp 0 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 4.透析：透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透 过的亲水膜将溶质溶液与纯

25、水分隔，在浓差的作用下，过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作用下， 小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。 透析膜：孔径透析膜：孔径5-10nm,实验室中常用透析袋实验室中常用透析袋 应用：脱盐，血液透析应用：脱盐，血液透析 u特点：以浓差为推动力，膜透特点：以浓差为推动力，膜透 过通量很小，不适于大规模生物过通量很小，不适于大规模生物 分离过程，多在实验室中应用。分离过程，多在实验室中应用。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 5.电渗析：以电位差为推动力，利用离子电渗析：以电位差为推动力，利用离子 交换膜的选择透过性，从溶

26、液中脱除或交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或 富集电解质的膜分离操作。富集电解质的膜分离操作。 l在直流电场的作用下，由于离子交换膜在直流电场的作用下，由于离子交换膜 的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩，的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩， 分离推动力是静电引力。分离推动力是静电引力。 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理，电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化 初级分离技术 3.2 3.2 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 l6 渗透气化 l利用膜与被分离有机

27、液体混合物中各组分 的亲和力不同而有选择的优先吸附溶液某 一组分及各组分在膜中扩散速度不同来达 到分离的目的. 初级分离技术 初级分离技术 膜分离技术的类型膜分离技术的类型 膜分离法膜分离法传质推动力传质推动力分离原理分离原理应用举例应用举例 微滤微滤(MF) 压差压差 (0.050.5MPa) 筛分筛分除菌，回收菌体，分离病毒除菌，回收菌体，分离病毒 超滤超滤(UF) 压差压差 (0.11.0MPa) 筛分筛分蛋白质等大分子的回收与浓缩蛋白质等大分子的回收与浓缩 反渗透反渗透(RO) 压差压差 (1.010MPa) 筛分筛分脱盐，淡水制造脱盐，淡水制造 透析透析(DS)浓度差浓度差筛分筛分脱

28、盐，除变性剂脱盐，除变性剂 电渗析电渗析(ED)电位差电位差荷电、筛分荷电、筛分脱盐脱盐,氨基酸与有机酸的分离氨基酸与有机酸的分离 渗透气化渗透气化(PV)压差、温差压差、温差溶质与膜的亲和作用溶质与膜的亲和作用共沸物的分离共沸物的分离（如乙醇浓缩）（如乙醇浓缩） 初级分离技术 3.3 膜材料膜材料 l3.3.1 膜材料的特性膜材料的特性 l对于不同种类的膜都有一个基本要求对于不同种类的膜都有一个基本要求： （1）耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加 较高的压力，一般膜操作的压力范围在较高的压力，一般膜操作的压力范围在 0.10.5MPa，反渗透膜的压力

29、更高反渗透膜的压力更高，约为，约为 110MPa。 （2）耐高温耐高温: :高通量带来的温度升高和清洗的需要高通量带来的温度升高和清洗的需要 （3）耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中 的水解；的水解； （4）化学相容性：保持膜的稳定性；化学相容性：保持膜的稳定性； （5）生物相容性：防止生物大分子的变性；生物相容性：防止生物大分子的变性； （6）成本低。成本低。 初级分离技术 3.3.2 膜的分类膜的分类 l按孔径大小：微滤膜、超滤膜、按孔径大小：微滤膜、超滤膜、 反渗透膜反渗透膜 l按膜结构：对称性膜、不对称膜、按膜结构：对称性膜、不对称膜、 复合膜

30、复合膜 l按材料分：天然高分子材料、合按材料分：天然高分子材料、合 成高分子材料、无机材料成高分子材料、无机材料 初级分离技术 3.3.3 各种膜材料各种膜材料 l天然高分子材料：醋酸纤维天然高分子材料：醋酸纤维 l有机高分子膜：有机高分子膜： 纤维素酯膜、缩合系聚合物（聚砜纤维素酯膜、缩合系聚合物（聚砜 类）、聚烯烃及其共聚物、脂肪族或类）、聚烯烃及其共聚物、脂肪族或 芳香族聚酰胺类聚合物、全氟磺酸共芳香族聚酰胺类聚合物、全氟磺酸共 聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯； l无机多孔膜：陶瓷膜、微孔玻璃等无机多孔膜：陶瓷膜、微孔玻璃等 初级分离技术 不同膜材料的特点

31、与应用不同膜材料的特点与应用 膜材料膜材料应用应用特点特点 醋酸纤维醋酸纤维 常用作反渗透膜常用作反渗透膜 也可用作微滤膜和超滤膜也可用作微滤膜和超滤膜 截盐能力强，使用温度截盐能力强，使用温度 和和 pH 范围有限范围有限 天然高分子天然高分子 再生纤维再生纤维制造微滤膜和透析膜制造微滤膜和透析膜 聚砜聚砜主要用于制造超滤膜主要用于制造超滤膜 适用温度及适用温度及 pH 范围范围 广，但耐压能力较差广，但耐压能力较差 合成高分子合成高分子 聚酰胺聚酰胺常用于反渗透常用于反渗透 耐压能力较高，稳定性耐压能力较高，稳定性 好，使用寿命长。好，使用寿命长。 陶瓷陶瓷制造微滤膜和超滤膜制造微滤膜和超

32、滤膜 机械强度高，耐高温及机械强度高，耐高温及 化学试剂，但造价高。化学试剂，但造价高。 无机材料无机材料 动态膜动态膜 透过通量大，清洗容透过通量大，清洗容 易，但稳定性差。易，但稳定性差。 初级分离技术 3.4 膜的结构特性膜的结构特性 l孔道结构孔道结构 l对称膜对称膜 l不对称膜不对称膜 l膜的孔道特性膜的孔道特性 l孔径、孔径分布和孔隙率孔径、孔径分布和孔隙率 初级分离技术 3.5 各种膜组件各种膜组件 l由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这 些部件的容器构成的一个单元。些部件的容器构成的一个单元。 l目前市售商品膜组件主要有：管式目前市售商品膜组

33、件主要有：管式、中空中空 纤维纤维 、螺旋卷绕式螺旋卷绕式 、平板式平板式 共同的特点共同的特点 尽可能大的膜表面积尽可能大的膜表面积 可靠的支撑装置可靠的支撑装置 可引出透过液可引出透过液 膜表面浓度差极化达到最小膜表面浓度差极化达到最小 初级分离技术 1 管式膜组件管式膜组件 特点：特点： 结构简单、适应性强、结构简单、适应性强、 压力损失少，处理量大压力损失少，处理量大 、清洗安装方便、可耐、清洗安装方便、可耐 受高压，用途较板式广受高压，用途较板式广 泛。泛。 u结构：结构：将膜固定在圆管状 支撑体上构成管式膜，管式 膜并联或串联，收纳在筒状 容器内即构成管式膜组件。 初级分离技术 2

34、 平板式膜组件平板式膜组件 l结构：结构：与板式换热器或加压叶滤机相似。由 多枚平板膜间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔 薄膜，供料液或滤液流动。 l特点：过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧 凑、便于清洗、检修和换膜。但耐受压力低， 适于超滤单元操作。 初级分离技术 3 螺旋卷式膜组件螺旋卷式膜组件 l结构：结构：将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网 上，两端密封，膜上下分别衬设一张料液隔网， 卷绕在空心管上构成。 l特点：特点： 优点：比表 面积大，结 构简单，价 格较便宜； 缺点：处理 悬浮物浓度 较高的料液 时易堵塞。 初级分离技术 特点是膜堆积密度大、结构紧凑，适合低粘度、渗透产量大、 浓缩倍

35、数较低的料液处理和水处理。 螺旋卷式膜组件螺旋卷式膜组件 初级分离技术 4 中空纤维式膜组件中空纤维式膜组件 l结构：结构：由数百至数百万根中空纤维膜（内径40 80m)或毛细管膜（内径0.252.5mm）固定在 圆筒形容器内构成。 优点：比表面积 最大，可方便地进 行反洗，造价低， 工业上普遍使用 。 缺点：易堵塞， 对料液要求高。 初级分离技术 中空纤维超滤膜成套设备中空纤维超滤膜成套设备 采用中空纤维膜组件，具有膜堆积密度大、产水量高、操作压力 低、价格低廉等特点，适合粘度较低的料液处理和水处理。 初级分离技术 3.6 操作特性 l浓度极化模型浓度极化模型 l在膜分离操作中，所有溶质均被

36、透过液传在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传 送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受 到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高，到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高， 这种在膜表面浓度高于主体浓度的现象称这种在膜表面浓度高于主体浓度的现象称 为浓度极化或浓差极化。为浓度极化或浓差极化。 l当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时， 溶质析出，形成凝胶层，这种现象称为凝溶质析出，形成凝胶层，这种现象称为凝 胶极化。胶极化。 初级分离技术 操作特性 l截留分子量截留分子量( (MMCO) 截留曲线：测定分子量不 同的球形蛋白质或水溶性

37、 聚合物的截留率，所得到 的膜的截留率与溶质分子 量之间关系的曲线。 MMCO只是表征膜特性的一个参数，不能作 为选择膜的唯一标准。应从多方面(如孔径分 布、耐污染能力等)综合考虑。 一般将在截留曲线上截留率为0.90的溶质分子 量定义为膜的截留分子量。 初级分离技术 l实际膜分离过程中影响截留率的因素：实际膜分离过程中影响截留率的因素： 溶质分子量 分子特性 l不同分子截留率大小顺序：球形带支链线性； l对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留率较低； l若膜对溶质有吸附作用，截留率增大。 其他高分子溶质的影响 l其他高分子溶质的存在使溶质截留率增大。 操作条件 l温度升高，膜面流速提高，截留率降低； l pH=pI时，此时截留率最大。 初级分离技术 影响膜分离速度的主要因素 l1) 操作形式 l终端过滤和错流过滤 l2) 流速 l3) 压力 l4) 料液浓度 初级分离技术 1.1.污染污染: : l由于溶质与膜的相互作用而在膜表面和孔内吸附， 或因浓差极化，溶质在膜表面产